KR20210104458A - 배터리 장치 및 전류 센서 진단 방법 - Google Patents

배터리 장치 및 전류 센서 진단 방법 Download PDF

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Abstract

전류 센서가 배터리 팩의 출력 단자와 배터리 장치의 외부 연결 단자 사이에 연결되어 있으며, 배터리 팩의 전류를 측정한다. 스위치와 저항이 전류 센서의 양 단자 사이에 직렬로 연결되어 있다. 처리 회로는 스위치를 오프한 상태에서 전류 센서가 측정한 배터리 팩의 제1 전류 값과 스위치를 온한 상태에서의 배터리 팩의 제2 전류 값에 기초하여서 전류 센서를 진단한다.

Description

배터리 장치 및 전류 센서 진단 방법{BATTERY APPARATUS AND CURRENT SENSOR DIAGNOSIS METHOD}
본 발명은 배터리 장치 및 전류 센서 진단 방법에 관한 것이다.
전기 자동차는 주로 배터리를 전원으로 이용하여 모터를 구동함으로써 동력을 얻는 자동차로서, 내연 자동차의 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 충전이 가능한 배터리는 전지 자동차 이외에 다양한 외부 장치에서 사용되고 있다. 이러한 배터리는 배터리 팩 형태로 구현된다.
최근, 높은 출력과 큰 충전 용량을 가지는 배터리가 요구됨에 따라 복수의 배터리 팩이 병렬로 연결된 배터리가 사용되고 있다. 또한, 출력과 용량이 늘어나면서 배터리의 잠재적인 위험이 증가하고 있으므로, 배터리의 진단 기능이 강화될 필요가 있다. 특히, 배터리 팩에 과전류가 흐를 때 이를 진단하지 못하는 경우, 과전류로 인해 외부 장치에 문제가 발생할 수 있다.
과전류의 진단을 위해 배터리 팩에서 출력되는 전류를 측정하는 전류 센서가 사용되는데, 전류 센서의 정확도가 떨어지는 경우, 배터리 팩은 과전류를 정상적인 전류로 측정할 수 있으므로 과전류를 진단하지 못할 수 있다. 또한 전류 센서에서 측정한 전류와 실제 전류가 다른 경우, 배터리의 충전 상태를 잘못 추정하여 필요로 하는 전력을 공급하지 못해서 차량이 중간에 멈추거나, 급격한 전압 강하로 배터리가 사용 불가능해질 수도 있다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 전류 센서의 정확도를 진단할 수 있는 배터리 장치 및 전류 센서 진단 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 배터리 팩, 전류 센서, 스위치, 저항 및 처리 회로를 포함하는 배터리 장치가 제공된다. 상기 전류 센서는 상기 배터리 팩의 출력 단자와 상기 배터리 장치의 외부 연결 단자 사이에 연결되어 있으며, 상기 배터리 팩의 전류를 측정한다. 상기 스위치와 저항은 상기 전류 센서의 양 단자 사이에 직렬로 연결되어 있다. 상기 처리 회로는 상기 스위치를 오프한 상태에서 상기 전류 센서가 측정한 상기 배터리 팩의 제1 전류 값과 상기 스위치를 온한 상태에서의 상기 배터리 팩의 제2 전류 값에 기초하여서 상기 전류 센서를 진단한다.
상기 처리 회로는 상기 전류 센서의 양 단자 사이의 전압에 기초하여서 상기 제2 전류 값을 측정할 수 있다.
상기 처리 회로는 상기 전류 센서의 양 단자 사이의 전압과 상기 저항과 상기 전류 센서의 내부 저항의 병렬 연결에 의한 저항의 크기에 기초하여서 상기 제2 전류 값을 측정할 수 있다.
상기 처리 회로는 상기 제1 전류 값과 상기 제2 전류 값의 비교 결과가 소정 조건을 만족하는 경우에, 상기 전류 센서를 정상으로 판단할 수 있다.
상기 전류 센서는 주기적으로 상기 배터리 팩의 전류를 측정하며, 상기 제1 전류 값은 소정 기간 동안 상기 전류 센서가 주기적으로 측정한 전류 값의 합에 해당할 수 있다. 상기 처리 회로는 주기적으로 상기 스위치를 온한 상태에서 상기 배터리 팩의 전류를 측정하고, 상기 제2 전류 값은 상기 소정 기간 동안 상기 처리 회로가 주기적으로 측정한 전류 값의 합에 해당할 수 있다.
상기 저항의 크기가 상기 전류 센서의 내부 저항의 크기의 N배일 때, 상기 소정 조건은 상기 N과 상기 전류 센서의 진단에 사용되는 오차 범위에 기초해서 결정될 수 있다.
상기 소정 조건은 상기 제1 전류 값과 상기 제2 전류 값의 비교 결과가 1과 ((N+1)/N)의 비교 결과에서 상기 오차 범위 이내일 조건을 포함할 수 있다.
상기 소정 조건은 상기 제1 전류 값에 대한 상기 제2 전류 값의 비율이 ((N+1)/N)에서 상기 오차 범위 이내일 조건을 포함할 수 있다.
상기 소정 조건은 상기 제2 전류 값에 대한 상기 제1 전류 값의 비율이 (N/(N+1))에서 상기 오차 범위 이내일 조건을 포함할 수 있다.
상기 소정 조건은 상기 제1 전류 값과 상기 제2 전류 값의 차에 대한 상기 제1 전류 값의 비율이 (N+1)에서 상기 오차 범위 이내일 조건을 포함할 수 있다.
상기 소정 조건은 상기 제1 전류 값에 대한 상기 제1 전류 값과 상기 제2 전류 값의 차의 비율이 1/(N+1)에서 상기 오차 범위 이내일 조건을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배터리 팩, 전류 센서 및 처리 회로를 포함하는 배터리 장치가 제공된다. 상기 전류 센서는 상기 배터리 팩의 출력 단자와 상기 배터리 장치의 외부 연결 단자 사이에 연결되어 있으며, 상기 배터리 팩의 전류를 측정한다. 상기 처리 회로는 상기 전류 센서가 측정한 상기 배터리 팩의 제1 전류 값과 상기 전류 센서에 병렬로 전류 경로를 형성한 상태에서 측정한 상기 배터리 팩의 제2 전류 값에 기초하여서 상기 전류 센서를 진단한다.
상기 전류 경로는 저항을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 처리 회로는, 상기 전류 센서의 양 단자 사이의 전압을 측정하고, 상기 전류 센서의 양 단자 사이의 전압과 상기 저항과 상기 전류 센서의 내부 저항의 병렬 연결에 의한 저항의 크기에 기초하여서 상기 제2 전류 값을 측정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 배터리 팩과 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류 센서를 포함하는 배터리 장치의 전류 센서 진단 방법이 제공된다. 상기 전류 센서 진단 방법은, 상기 전류 센서에서 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 단계, 상기 전류 센서에 병렬로 전류 경로를 형성한 상태에서 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 단계, 그리고 상기 전류 센서에서 측정한 상기 배터리 팩의 제1 전류 값과 상기 전류 경로를 형성한 상태에서 측정한 상기 배터리 팩의 제2 전류 값에 기초하여서 상기 전류 센서를 진단하는 단계를 포함한다.
상기 전류 경로는 저항을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 전류 경로를 형성한 상태에서 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 단계는, 상기 전류 센서의 양 단자 사이의 전압을 측정하는 단계, 그리고 상기 전류 센서의 양 단자 사이의 전압과 상기 저항과 상기 전류 센서의 내부 저항의 병렬 연결에 의한 저항의 크기에 기초하여서 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 전류 센서의 정확도를 측정하기 위한 별도의 전류 센서를 추가하지 않더라도, 전류 센서를 진단할 수 있다. 이에 따라, 전류 센서의 측정 오류에 의해 발생할 수 있는 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치의 진단 회로를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전류 센서의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 센서의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 배터리 장치(100)는 양극 연결 단자(DC(+))와 음극 연결 단자(DC(-))를 통해 외부 장치(10)에 전기적으로 연결될 수 있는 구조를 가진다. 외부 장치가 부하인 경우, 배터리 장치(100)는 부하로 전력을 공급하는 전원으로 동작하여 방전된다. 부하로 동작하는 외부 장치(10)는 예를 들면 전자 장치, 이동 수단 또는 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)일 수 있으며, 이동 수단은 예를 들면 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 스마트 모빌리티(smart mobility)일 수 있다.
배터리 장치(100)는 배터리 팩(110), 전류 센서(120), 스위치 회로, 진단 회로(140) 및 처리 회로(150)를 포함한다.
배터리 팩(110)은 전기적으로 연결되어 있는 복수의 배터리 셀(도시하지 않음)을 포함하며, 양극 출력 단자(PV(+))와 음극 출력 단자(PV(-))를 가진다. 어떤 실시예에서, 배터리 셀은 충전 가능한 2차 전지일 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 팩(110)은 소정 개수의 배터리 셀이 직렬 연결되어 있는 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 팩(110)에서 소정 개수의 배터리 모듈이 직렬 또는 병렬 연결되어 원하는 에너지를 공급할 수 있다.
전류 센서(120)가 배터리 팩(110)에 제공된다. 전류 센서(120)는 배터리 팩(110)의 한 출력 단자, 예를 들면 양극 출력 단자(PV(+))에 연결되어 배터리 팩(110)에서 출력되는 전류를 측정한다.
스위치 회로는 배터리 팩(110)의 한 출력 단자, 예를 들면 양극 출력 단자(PV(+))와 배터리 장치(100)의 한 연결 단자, 예를 들면 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 연결되어 있는 스위치(131)를 포함한다. 어떤 실시예에서, 스위치 회로는 배터리 팩(110)의 다른 출력 단자, 예를 들면 음극 출력 단자(PV(-))와 배터리 장치(100)의 한 연결 단자, 예를 들면 음극 연결 단자(DC(-)) 사이에 연결되어 있는 스위치(132)를 더 포함할 수 있다. 스위치 회로는 배터리 팩(110)과 외부 장치(10) 사이의 전기적 연결을 제어할 수 있다.
진단 회로(140)는 배터리 팩(110)에 흐르는 전류를 측정한다. 처리 회로(150)는 전류 센서(120)에서 측정한 전류와 진단 회로(140)에서 측정한 전류에 기초해서 전류 센서(120)의 정확도를 진단한다. 어떤 실시예에서, 처리 회로(150)는 스위치 회로의 스위치(131, 132)의 동작을 제어할 수 있다.
어떤 실시예에서, 처리 회로(150)는 프로세서를 포함하는 회로일 수 있으며, 프로세서는 예를 들면 마이크로 제어 장치(micro controller unit, MCU)일 수 있다.
어떤 실시예에서, 스위치(131, 132)는 릴레이 또는 트랜지스터일 수 있다.
도 1에서는 배터리 팩(110)에서 전류 센서(120) 및 스위치(131)의 순서로 연결되는 것으로 도시하였지만, 어떤 실시예에서, 전류 센서(120)와 스위치(131)는 연결 순서에 관계 없이 배터리 팩(110)의 한 출력 단자(예를 들면, PV(+))와 배터리 장치(100)의 한 연결 단자(예를 들면, DC(+)) 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 한 실시예에서, 도 1과 달리, 배터리 팩(110)의 출력 단자(PV(+))에 스위치(131)의 한 단자가 연결되고, 스위치(131)의 다른 단자와 배터리 장치(100)의 연결 단자(DC(+)) 사이에 전류 센서(120)가 연결될 수 있다.
도 1에서는 배터리 팩(110)의 양극 출력 단자(PV(+))와 배터리 장치(100)의 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 전류 센서(120)가 연결되는 것으로 도시하였지만, 어떤 실시예에서, 전류 센서(120)는 배터리 팩(110)의 음극 출력 단자(PV(-))와 배터리 장치(100)의 음극 연결 단자(DC(-)) 사이에 연결될 수도 있다.
아래에서는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 장치에서 전류 센서의 정확도를 진단하는 방법에 대해서 도 2 내지 도 4를 참고로 하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치의 진단 회로를 설명하는 도면이다.
도 2를 참고하면, 진단 회로(140)는 전류 센서(120)의 양 단자 사이에 연결되는 진단용 저항(141)을 포함한다. 즉, 저항(141)은 전류 센서(120)에 병렬로 연결되어 있다. 진단 회로(140)는 전류 센서(120)의 한 단자와 저항(141)의 한 단자 사이에 연결되어 있는 스위치(142)를 더 포함한다. 즉, 저항(141)과 스위치(142)는 전류 센서(120)의 양 단자 사이에 직렬로 연결되어 있다. 어떤 실시예에서, 스위치(142)는 처리 회로(예를 들면, 도 1의 150)의 제어에 의해 동작할 수 있다.
스위치(142)가 오프되는 경우, 배터리 팩(110)의 전류는 전류 센서(120)를 통해서 흐른다. 스위치(142)가 온되는 경우, 저항(141)에 의해 전류 센서(120)에 병렬로 전류 경로가 형성되어, 배터리 팩(110)의 전류는 전류 센서(120)와 저항(141)을 통해 흐른다. 이 경우, 전류 센서(120) 내부의 전류 측정용 저항과 진단용 저항(141)의 병렬 연결에 의해 배터리 팩(110)의 전류가 결정된다. 어떤 실시예에서, 전류 센서(120)는 션트(shunt) 타입의 전류 센서일 수 있다.
전류 센서(120) 내부의 저항의 크기를 Rs라 하고, 스위치(142)가 오프인 경우 전류 센서(120)가 측정한 배터리 팩(110)의 전류를 Ioff라 하고, 스위치(142)가 온인 경우 배터리 팩(110)의 전류를 Ion이라 한다. 진단용 저항(141)의 크기가 전류 센서(120)의 저항의 크기(Rs)의 N배라 가정하면, 병렬 연결된 저항의 크기는 (N/(N＋1))*Rs로 된다. 따라서, 전류 센서(120)가 정확하다면, 스위치(142)가 온인 경우의 배터리 팩(110)의 전류(Ion)는 스위치(142)가 오프인 경우에 전류 센서에서 측정한 전류(Ioff)의 ((N＋1)/N)배로 된다. 즉, Ion=Ioff*((N＋1)/N)으로 된다.
어떤 실시예에서, 진단용 저항(141)의 크기는 병렬 연결된 저항에 의한 배터리 팩(110)의 전류가 배터리 장치(100)에서 요구하는 전류의 범위 내에서 포함될 수 있도록 설정될 수 있다. 한 실시예에서, 진단용 저항(141)의 크기는 전류 센서(120) 내부의 저항의 크기(Rs)에 비해 큰 값으로 설정될 수 있다. 예를 들면, 진단용 저항(141)의 크기는 전류 센서(120) 내부의 저항의 크기(Rs)의 10배로 설정될 수 있다. 이 경우, 전류 센서(120)가 정확하다면, 스위치(142)가 온인 경우의 배터리 팩(110)의 전류(Ion)는 스위치(142)가 오프인 경우에 전류 센서에서 측정한 전류(Ioff)의 1.1배로 된다.
처리 회로(150)는 스위치(142)가 온 경우에 배터리 팩(110)은 전류(Ion)를 전류 센서(120)의 두 단자 사이의 전압(즉, 병렬로 연결된 저항에 걸리는 전압)을 병렬로 연결된 저항의 크기로 나눈 값으로 계산할 수 있다. 어떤 실시예에서, 진단 회로(140)는 전류 센서(120)의 두 단자 사이의 전압을 측정하기 위한 전압 감지 회로(143)를 더 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 전압 감지 회로(143)는 전류 센서(120)의 두 단자 사이의 전압을 처리 회로(150)로 출력할 수 있다. 한 실시예에서, 전압 감지 회로는 전류 센서(120)의 한 단자의 전압과 다른 단자의 전압을 입력으로 가지고, 한 단자의 전압과 다른 단자의 전압의 차에 해당하는 전압을 출력하는 차동 증폭기를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전류 센서의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참고하면, 전류 센서(예를 들면, 도 2의 120)는 전류 측정 시점에서 배터리 팩(110)의 전류(Ioff)를 측정한다(S310). 이 경우, 전류 센서(120)의 병렬 전류 경로는 차단된 상태이다. 어떤 실시예에서, 처리 회로(도 1의 150)는 전류 센서(120)에 병렬로 연결되어 있는 스위치(예를 들면, 도 2의 142)를 오프하여서 병렬 전류 경로를 차단할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 팩(110)과 외부 장치(10)를 연결하는 스위치(예를 들면, 도 1의 131, 132)는 처리 회로(150)의 제어에 의해 온되어 있을 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩(예를 들면, 도 2의 110)과 외부 장치(예를 들면, 도 1의 10) 사이에서 전류가 흐르고, 전류 센서(120)는 배터리 팩(110)과 외부 장치(10) 사이에서 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
다음, 전류 측정 시점이 아닌 소정의 시점에서, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)의 병렬 전류 경로를 형성하고(S320), 배터리 팩의 전류(Ion)를 측정한다(S330). 어떤 실시예에서, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)에 병렬로 연결되어 있는 스위치(142)를 온하여서 병렬 전류 경로를 형성할 수 있다. 어떤 실시예에서, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)의 양 단자 사이의 전압을 측정하고, 측정한 전압을 전류 센서(120)의 내부 저항과 병렬 전류 경로의 저항(예를 들면, 도 2의 141)의 병렬 연결에 의한 저항 크기로 나누어서 전류(Ion)를 측정할 수 있다.
처리 회로(150)는 배터리 팩의 전류(Ion)를 측정하기 위한 값(예를 들면, 전류 센서(120)의 양 단자 사이의 전압)을 측정하고, 병렬 전류 경로를 차단한다(S340). 어떤 실시예에서, 처리 회로(150)는 스위치(142)를 오프하여서 병렬 전류 경로를 차단할 수 있다.
처리 회로(150)는 전류 센서(120)에서 측정한 전류(Ioff)와 병렬 전류 경로의 형성에 따라 계산된 배터리 팩(110)의 전류(Ion)를 비교한다(S350). 처리 회로(150)는 두 전류(Ioff, Ion)의 비교 결과가 소정 조건을 만족하는 경우(S360), 전류 센서(120)가 정상인 것으로 판단하고(S370), 두 전류(Ioff, Ion)의 비교 결과가 소정 조건을 만족하지 않는 경우(S360), 전류 센서(120)의 정확도에 문제가 있는 것으로 판단한다(S380). 즉, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)에 오류가 있는 것으로 판단할 수 있다.
앞서 설명한 것처럼, 병렬 전류 경로의 저항(141)의 크기가 전류 센서(120)의 내부 저항의 크기의 N배인 경우, 전류 센서(120)가 정확하다면, 전류(Ion)는 전류 센서(120)에서 측정한 전류(Ioff)의 ((N＋1)/N)배로 된다. 따라서, 처리 회로(150)는 두 전류(Ioff, Ion)의 비교 결과를 1과 ((N＋1)/N)의 비교 결과와 비교하여서 전류 센서(120)를 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 처리 회로(150)는 수학식 1처럼 두 전류(Ioff, Ion)의 비율(Ion/Ioff)이 전류 센서(120)가 이상적으로 전류를 측정할 때의 비율((N＋1)/N)에서 오차(E1) 범위 이내인 경우, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
[수학식 1]
(N＋1)/N－E1＜Ion/Ioff＜(N＋1)/N＋E1
예를 들면, 앞서 설명한 것처럼, N이 10인 경우, 오차(E1)를 0.02로 설정할 수 있다. 이 경우, 두 전류(Ioff, Ion)의 비율(Ion/Ioff)이 1.08에서 1.12 사이에 들어오는 경우, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
다른 실시예에서, 두 전류(Ioff, Ion)의 비율을 Ioff/Ion로 계산할 수도 있다. 이 경우, 전류 센서(120)가 이상적으로 전류를 측정할 때의 비율(Ioff/Ion)은 N/(N＋1)로 된다. 따라서, 수학식 2와 같이 비율(Ioff/Ion)이 (N/(N＋1))에서 오차(E2) 범위 이내인 경우, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
[수학식 2]
N/(N+1)－E2＜Ioff/Ion＜N/(N+1)＋E2
또 다른 실시예에서, 처리 회로(150)는 두 전류(Ioff, Ion)의 차이(|Ioff－Ion|)와 전류(Ioff)의 비율(Ioff/|Ioff－Ion|)로 두 전류(Ioff, Ion)를 비교할 수 있다. 이 경우, 전류 센서(120)가 이상적으로 전류를 측정할 때의 비율(Ioff/|Ioff－Ion|)은 (N＋1)로 된다. 따라서, 수학식 3과 같이 비율(Ioff/|Ioff－Ion|)이 (N＋1)에서 오차(E3) 범위 이내인 경우, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
[수학식 3]
(N+1)－E3＜Ioff/|Ioff－Ion|＜(N+1)＋E3
또 다른 실시예에서, 처리 회로(150)는 두 전류(Ioff, Ion)의 차이(|Ioff－Ion|)와 전류(Ioff)의 비율(|Ioff－Ion|/Ioff)로 두 전류(Ioff, Ion)를 비교할 수 있다. 이 경우, 전류 센서(120)가 이상적으로 전류를 측정할 때의 비율(|Ioff－Ion|/Ioff)은 1/(N＋1)로 된다. 따라서, 수학식 4와 같이 비율(|Ioff－Ion|/Ioff)이 1/(N＋1)에서 오차(E3) 범위 이내인 경우, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
[수학식 4]
1/(N+1)－E4＜|Ioff－Ion|/Ioff ＜1/(N+1)＋E4
어떤 실시예에서, 위에서 설명한 오차(E1, E2, E3, E4)는 배터리 장치(100)에서 허용 가능한 전류 측정의 오차를 고려해서 설정될 수 있다.
위에서 설명한 실시예에 따르면, 전류 센서(120)의 정확도를 측정하기 위한 별도의 전류 센서를 추가하지 않더라도, 저가의 저항과 스위치로 전류 센서(120)를 진단할 수 있다. 이에 따라, 전류 센서의 측정 오류에 의해 발생할 수 있는 문제를 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 센서의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참고하면, 전류 센서(예를 들면, 도 2의 120)는 배터리 팩(110)의 전류(Ioff)를 주기적으로 측정한다(S410). 예를 들면, 전류 측정 주기를 2n이라고 하면(n은 자연수), 2n 시점마다 전류 센서(120)는 전류(Ioff)를 측정할 수 있다. 이 경우, 전류 센서(120)의 병렬 전류 경로는 차단된 상태이다. 어떤 실시예에서, 처리 회로(도 1의 150)는 전류 센서(120)에 병렬로 연결되어 있는 스위치(예를 들면, 도 2의 142)를 오프하여서 병렬 전류 경로를 차단할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 팩(110)과 외부 장치(10)를 연결하는 스위치(예를 들면, 도 1의 131, 132)는 처리 회로(150)의 제어에 의해 온되어 있을 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩(예를 들면, 도 2의 110)과 외부 장치(예를 들면, 도 1의 10) 사이에서 전류가 흐르고, 전류 센서(120)는 배터리 팩(110)과 외부 장치(10) 사이에서 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
다음, 처리 회로(150)는 주기적으로 전류 센서(120)의 병렬 전류 경로를 형성하고(S420), 배터리 팩의 전류(Ion)를 측정한다(S430). 어떤 실시예에서, 배터리 팩의 전류(Ion)를 측정하는 주기는 전류 센서(120)가 전류(Ioff)를 측정하는 주기와 동일하지만, 측정 시점이 다를 수 있다. 예를 들면, 전류 센서(120)가 2n 시점에서 전류(Ioff)를 측정할 때, 처리 회로(150)는 (2n+i) 시점(i는 0보다 크고 2보다 작은 수로, 예를 들면 1)에서 배터리 팩의 전류(Ion)를 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)에 병렬로 연결되어 있는 스위치(142)를 온하여서 병렬 전류 경로를 형성할 수 있다. 어떤 실시예에서, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)의 양 단자 사이의 전압을 측정하고, 측정한 전압을 전류 센서(120)의 내부 저항과 병렬 전류 경로의 저항(예를 들면, 도 2의 141)의 병렬 연결에 의한 저항 크기로 나누어서 전류(Ion)를 측정할 수 있다.
처리 회로(150)는 배터리 팩의 전류(Ion)를 계산하기 위한 값(예를 들면, 전류 센서(120)의 양 단자 사이의 전압)을 측정하고, 병렬 전류 경로를 차단한다(S440). 어떤 실시예에서, 처리 회로(150)는 스위치(142)를 오프하여서 병렬 전류 경로를 차단할 수 있다.
처리 회로(150)는 소정 시간 동안 전류 센서(120)에서 주기적으로 측정한 전류(Ioff)의 합과 소정 시간 동안 주기적으로 측정된 배터리 팩(110)의 전류(Ion)를 비교한다(S450). 처리 회로(150)는 비교 결과가 소정 조건을 만족하는 경우(S460), 전류 센서(120)가 정상인 것으로 판단한다(S470). 처리 회로(150)는 비교 결과가 소정 조건을 만족하지 않는 경우(S460), 전류 센서(120)의 정확도에 문제가 있는 것으로 판단한다(S480). 즉, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)에 오류가 있는 것으로 판단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 수학식 5처럼 전류(Ioff)의 합(ΣIoff)과 전류(ΣIon)의 합의 비율(ΣIoff/ΣIon)이 전류 센서(120)가 이상적으로 전류를 측정할 때의 비율((N＋1)/N)에서 오차(E1) 범위 이내인 경우, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
[수학식 5]
(N＋1)/N－E1＜ΣIon/ΣIoff＜(N＋1)/N＋E1
다른 실시예에서, 수학식 6처럼 전류(Ioff)의 합(ΣIoff)과 전류(ΣIon)의 합의 비율(ΣIon/ΣIoff)이 전류 센서(120)가 이상적으로 전류를 측정할 때의 비율(N/(N+1))에서 오차(E2) 범위 이내인 경우, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
[수학식 6]
N/(N+1)－E2＜ΣIoff/ΣIon＜N/(N+1)＋E2
또 다른 실시예에서, 처리 회로(150)는 수학식 7처럼 두 전류(Ioff, Ion)의 합의 차(|ΣIoff－ΣIon|)와 전류(ΣIoff)의 비율(ΣIoff/|ΣIoff－ΣIon|)이 전류 센서(120)가 이상적으로 전류를 측정할 때의 비율(N＋1)에서 오차(E3) 범위 이내인 경우, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
[수학식 7]
(N+1)－E3＜ΣIoff/|ΣIoff－ΣIon|＜(N+1)＋E3
또 다른 실시예에서, 처리 회로(150)는 수학식 8처럼 두 전류(Ioff, Ion)의 합의 차(|ΣIoff－ΣIon|)와 전류(ΣIoff)의 비율(|ΣIoff－ΣIon|/ΣIoff)이 전류 센서(120)가 이상적으로 전류를 측정할 때의 비율(1/(N＋1))에서 오차(E4) 범위 이내인 경우, 처리 회로(150)는 전류 센서(120)가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
[수학식 8]
1/(N+1)－E4＜|ΣIoff－ΣIon|/ΣIoff ＜1/(N+1)＋E4
어떤 실시예에서, 전류(Ioff)의 합이나 전류(Ion)의 합 대신에 평균을 사용할 수도 있다.
위에서 설명한 실시예에 따르면, 소정 기간 동안 주기적으로 측정된 전류의 합(또는 평균)으로 전류 센서(120)의 정확도를 진단하므로, 특정 시점에서 전류를 잘못 측정해서 오류로 진단될 수 있는 문제를 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

  1. 배터리 장치로서,
    배터리 팩,
    상기 배터리 팩의 출력 단자와 상기 배터리 장치의 외부 연결 단자 사이에 연결되어 있으며, 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류 센서,
    상기 전류 센서의 양 단자 사이에 직렬로 연결되어 있는 스위치와 저항, 그리고
    상기 스위치를 오프한 상태에서 상기 전류 센서가 측정한 상기 배터리 팩의 제1 전류 값과 상기 스위치를 온한 상태에서의 상기 배터리 팩의 제2 전류 값에 기초하여서 상기 전류 센서를 진단하는 처리 회로
    를 포함하는 배터리 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 처리 회로는 상기 전류 센서의 양 단자 사이의 전압에 기초하여서 상기 제2 전류 값을 측정하는, 배터리 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 처리 회로는 상기 전류 센서의 양 단자 사이의 전압과 상기 저항과 상기 전류 센서의 내부 저항의 병렬 연결에 의한 저항의 크기에 기초하여서 상기 제2 전류 값을 측정하는, 배터리 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 처리 회로는 상기 제1 전류 값과 상기 제2 전류 값의 비교 결과가 소정 조건을 만족하는 경우에, 상기 전류 센서를 정상으로 판단하는, 배터리 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 전류 센서는 주기적으로 상기 배터리 팩의 전류를 측정하며, 상기 제1 전류 값은 소정 기간 동안 상기 전류 센서가 주기적으로 측정한 전류 값의 합에 해당하고,
    상기 처리 회로는 주기적으로 상기 스위치를 온한 상태에서 상기 배터리 팩의 전류를 측정하고, 상기 제2 전류 값은 상기 소정 기간 동안 상기 처리 회로가 주기적으로 측정한 전류 값의 합에 해당하는
    배터리 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 저항의 크기가 상기 전류 센서의 내부 저항의 크기의 N배일 때,
    상기 소정 조건은 상기 N과 상기 전류 센서의 진단에 사용되는 오차 범위에 기초해서 결정되는
    배터리 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 소정 조건은 상기 제1 전류 값과 상기 제2 전류 값의 비교 결과가 1과 ((N+1)/N)의 비교 결과에서 상기 오차 범위 이내일 조건을 포함하는, 배터리 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 소정 조건은 상기 제1 전류 값에 대한 상기 제2 전류 값의 비율이 ((N+1)/N)에서 상기 오차 범위 이내일 조건을 포함하는, 배터리 장치.
  9. 제7항에서,
    상기 소정 조건은 상기 제2 전류 값에 대한 상기 제1 전류 값의 비율이 (N/(N+1))에서 상기 오차 범위 이내일 조건을 포함하는, 배터리 장치.
  10. 제7항에서,
    상기 소정 조건은 상기 제1 전류 값과 상기 제2 전류 값의 차에 대한 상기 제1 전류 값의 비율이 (N+1)에서 상기 오차 범위 이내일 조건을 포함하는, 배터리 장치.
  11. 제7항에서,
    상기 소정 조건은 상기 제1 전류 값에 대한 상기 제1 전류 값과 상기 제2 전류 값의 차의 비율이 1/(N+1)에서 상기 오차 범위 이내일 조건을 포함하는, 배터리 장치.
  12. 배터리 장치로서,
    배터리 팩,
    상기 배터리 팩의 출력 단자와 상기 배터리 장치의 외부 연결 단자 사이에 연결되어 있으며, 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류 센서, 그리고
    상기 전류 센서가 측정한 상기 배터리 팩의 제1 전류 값과 상기 전류 센서에 병렬로 전류 경로를 형성한 상태에서 측정한 상기 배터리 팩의 제2 전류 값에 기초하여서 상기 전류 센서를 진단하는 처리 회로
    를 포함하는 배터리 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 전류 경로는 저항을 포함하며,
    상기 처리 회로는, 상기 전류 센서의 양 단자 사이의 전압을 측정하고, 상기 전류 센서의 양 단자 사이의 전압과 상기 저항과 상기 전류 센서의 내부 저항의 병렬 연결에 의한 저항의 크기에 기초하여서 상기 제2 전류 값을 측정하는
    배터리 장치.
  14. 배터리 팩과 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류 센서를 포함하는 배터리 장치의 전류 센서 진단 방법으로서,
    상기 전류 센서에서 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 단계,
    상기 전류 센서에 병렬로 전류 경로를 형성한 상태에서 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 단계, 그리고
    상기 전류 센서에서 측정한 상기 배터리 팩의 제1 전류 값과 상기 전류 경로를 형성한 상태에서 측정한 상기 배터리 팩의 제2 전류 값에 기초하여서 상기 전류 센서를 진단하는 단계
    를 포함하는 전류 센서 진단 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 전류 경로는 저항을 포함하며,
    상기 전류 경로를 형성한 상태에서 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 단계는,
    상기 전류 센서의 양 단자 사이의 전압을 측정하는 단계, 그리고
    상기 전류 센서의 양 단자 사이의 전압과 상기 저항과 상기 전류 센서의 내부 저항의 병렬 연결에 의한 저항의 크기에 기초하여서 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 단계를 포함하는
    전류 센서 진단 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023080559A1 (ko) * 2021-11-02 2023-05-11 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩 전압 측정 회로와 그의 동작 방법

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